計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-教學(xué)課件模板

Itisapplicabletoworkreport,lectureandteaching計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Itisapplicabletoworkrepor1主要內(nèi)容8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.3電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.4角位置伺服系統(tǒng)IPC控制設(shè)計(jì)主要內(nèi)容8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則⒈安全可靠⒉操作維護(hù)方便⒊實(shí)時(shí)性強(qiáng)⒋通用性好⒌經(jīng)濟(jì)效益高8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟⒈工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定階段⑴甲方提出任務(wù)委托書⑵乙方研究任務(wù)委托書⑶雙方對(duì)委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改⑷乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)⑸乙方進(jìn)行方案可行性論證⑹簽訂合同書8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟⒈工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定階段⒉工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段組建項(xiàng)目研制小組、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、方案論證與評(píng)審、硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì)、硬件和軟件的調(diào)試、系統(tǒng)的組裝⒉工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段⒊離線仿真和調(diào)試階段離線硬件聯(lián)調(diào)離線軟件聯(lián)調(diào)離線硬件軟件統(tǒng)調(diào)考機(jī)現(xiàn)場安裝調(diào)試試運(yùn)行驗(yàn)收結(jié)束圖8.1離線仿真和調(diào)試階段流程如圖

⒊離線仿真和調(diào)試階段離線硬件聯(lián)調(diào)離線軟件聯(lián)調(diào)離線硬件軟件統(tǒng)調(diào)⒋在線調(diào)試和運(yùn)行階段系統(tǒng)離線仿真和調(diào)試后便可進(jìn)行在線調(diào)試和運(yùn)行。在線調(diào)試和運(yùn)行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行。盡管離線仿真和調(diào)試工作非常認(rèn)真、仔細(xì)，現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問題，因此必須認(rèn)真分析加以解決。系統(tǒng)運(yùn)行正常后，可以再試運(yùn)行一段時(shí)間，即可組織驗(yàn)收。驗(yàn)收是系統(tǒng)項(xiàng)目最終完成的標(biāo)志，應(yīng)由甲方主持乙方參加，雙方協(xié)同辦理。驗(yàn)收完畢應(yīng)形成驗(yàn)收文件存檔。⒋在線調(diào)試和運(yùn)行階段8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)⒈確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)⒉確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式⒊現(xiàn)場設(shè)備選擇⒋確定控制策略和控制算法⒌硬件、軟件功能的劃分⒍其它方面的考慮⒎系統(tǒng)總體方案8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)⒎系統(tǒng)總體方案總體設(shè)計(jì)后將形成系統(tǒng)的總體方案?？傮w方案確認(rèn)后，要形成文件，建立總體方案文檔。系統(tǒng)總體文件的內(nèi)容包括：⑴系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框圖及文字說明。⑵控制策略和控制算法，例如PID控制、達(dá)林算法、Smith補(bǔ)償控制、最級(jí)控制、前饋控制、解耦控制、模糊控制、最優(yōu)控制等。⑶系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖。⑷方案比較和選擇。⑸保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施。⑹抗干擾和可靠性設(shè)計(jì)。⑺機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。⑻經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度計(jì)劃的安排。⒎系統(tǒng)總體方案8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型⑴選擇系統(tǒng)的總線①內(nèi)總線選擇常用的工業(yè)控制機(jī)內(nèi)總線有兩種：PC總線和STD總線。一般常選用PC總線工業(yè)控制機(jī)。②外總線選擇根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本類型，如果采用分級(jí)控制系統(tǒng)DCS等，必然有通信的問題。外總線就是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能儀器或智能外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線，它包括并行通信總線(IEEE-488)和串行通信總線(RS—232C)。另外還有可用來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信、多站點(diǎn)互聯(lián)的通信總線RS—422和RS—485。8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型選擇主機(jī)機(jī)型在總線式工業(yè)控制機(jī)中，有許多機(jī)型，都因采用的CPU不同而不同。以PC總線工業(yè)控制既為例，其CPU有8088、80286、80386、80486、Pentium(586)等多種型號(hào)，內(nèi)存、硬盤、主頻、顯示卡、CRT顯示器也有多種規(guī)格。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)要求合理地進(jìn)行選型選擇主機(jī)機(jī)型8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒉選擇輸入輸出通道模板⑴數(shù)字量(開關(guān)量)輸入輸出(DI／DO)模板PC總線的并行I／O接口模板多種多樣，通?？煞譃門TL電平的DI／DO和帶光電隔離的DI／DO。通常和工業(yè)控制機(jī)共地裝置的接口可以采用TTL電平，而其它裝置與工業(yè)控制機(jī)之間則采用光電隔離。對(duì)于大容量的DI／DO系統(tǒng)，往往選用大容量的TTL電平的DI／DO板，而將光電隔離及驅(qū)動(dòng)功能安排在工業(yè)控制機(jī)總線之外的非總線模板上，如繼電器板（包括固體繼電器板）等。8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒉選擇輸入輸出通道模板⒉選擇輸入輸出通道模板⑵模擬量輸入輸出(AI／AO)模板AI／AO模板包括A／D、D／A板及信號(hào)調(diào)理電路等。AI模板輸入可能是0～±5V、1～10V、0～10mA、4～20mA以及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號(hào)。AO模板輸出可能0～5V、1～10V、0～10mA、4～20mA等信號(hào)。選擇AI／AO模板時(shí)必須注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標(biāo)。⒉選擇輸入輸出通道模板8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒊選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)⑴選擇要送器變送器是這樣一種儀表，它能將被測變量（如溫度、壓力、物位、流量、電壓、電流等）轉(zhuǎn)換為可遠(yuǎn)傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(0～10mA、4～20mA等)，且輸出信號(hào)與被測變量有一定的連續(xù)關(guān)系。在控制系統(tǒng)中其輸出信號(hào)被送至工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行處理、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。DDZ-Ⅱ型變送器輸出的是4～20mA信號(hào),供電電源為24V(DC)且采用二線制，DDZ-Ⅲ型比DDZ-Ⅱ型變送器性能好,使用方便。DDZ-S系列變送器是在總結(jié)DDZ型變送器的基礎(chǔ)上，吸取了國外同類變送器的先進(jìn)技術(shù)，采用模擬技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，從而開發(fā)出的新一代變送器?，F(xiàn)場總線儀表也將被推廣應(yīng)用。常用的變送器有溫度變送器、壓力變送器、液位變送器、差壓變送器、流量變送器、各種電量變送器等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)被測參數(shù)的種類、量程、被測對(duì)象的介質(zhì)類型和環(huán)境來選擇變送器的具體型號(hào)。8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒊選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)⑵選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它的作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使生產(chǎn)過程按預(yù)先規(guī)定的要求正常運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓三種類型。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的持點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、防火防爆；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的持點(diǎn)是體積小、種類多、使用方便；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是推力大、精度高。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)和電動(dòng)兩種。另外，還有各種有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)開關(guān)，也是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作。電磁閥作為一種開關(guān)閥在工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。在系統(tǒng)中，選樣氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)開關(guān)之中的哪種，要跟據(jù)系統(tǒng)的要求來確定。但要實(shí)現(xiàn)連續(xù)的精確的控制目的，必須選用氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，對(duì)要求不高的控制系統(tǒng)可選用電磁閥。⑵選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)8.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈編程語言選擇⑴匯編語言匯編語言是面向具體微處理器的，使用它能夠具體描述控制運(yùn)算和處理的過程、緊湊地使用內(nèi)存，對(duì)內(nèi)存和[八)空間的分配比較清楚，能夠充分發(fā)揮硬件的性能，所編軟件運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性好，所以主要用于過程信號(hào)的檢測、控制計(jì)算和控制輸出的處理。⑵高級(jí)語言采用高級(jí)語言編程的優(yōu)點(diǎn)是編程效率高，不必了解計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)和內(nèi)存分配等問題，其計(jì)算公式與數(shù)學(xué)公式相近等。其缺點(diǎn)是，編制的源程序經(jīng)過編譯后、可執(zhí)行的目標(biāo)代碼比完成同樣功能的匯編語言的目標(biāo)代碼長得多，一方面占用內(nèi)存量增多，另一方面使得執(zhí)行時(shí)間增加很多，往往難于滿足實(shí)時(shí)性的要求。⑶組態(tài)軟件組態(tài)軟件是一種針對(duì)控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的面向問題的高級(jí)語言，它為用戶提供了眾多的功能模塊8.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈編程語言選擇2數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃從數(shù)據(jù)類型：邏輯型和數(shù)值型，但通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標(biāo)志中去考慮。數(shù)值型可分為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。定點(diǎn)數(shù)有直觀、編程簡單、運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是表示的數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍小，容易溢出。浮點(diǎn)數(shù)則相反，數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍大、相對(duì)精度穩(wěn)定、不易溢出，但編程復(fù)雜，運(yùn)算速度低。如果某參數(shù)是—系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信號(hào)序列，則不只有數(shù)據(jù)類型問題，還有一個(gè)數(shù)據(jù)存放格式問題，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。2數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃3資源分配完成數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃后，便可開始分配系統(tǒng)的資源了。系統(tǒng)資源包括ROM、RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、個(gè)斷源、I／O地址等。ROM資源用來存放程序和表格，I／O地址、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷源在任務(wù)分折時(shí)已經(jīng)分配好了。因此，資源分配的主要工作是RAM資源的分配，RAM資源規(guī)劃好后，應(yīng)列出一張RAM資源的詳細(xì)分配清單，作為編程依據(jù)3資源分配4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)⑴數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集程序主要包括模擬量和數(shù)字量多路信號(hào)的采樣、輸入變換、存儲(chǔ)等。數(shù)據(jù)處理程序主要包括數(shù)字濾波程序、線性化處理和非線件補(bǔ)償、標(biāo)度變換程序、超限報(bào)警程序等。(2)控制算法程序控制算法程序主要實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律的計(jì)算，產(chǎn)生控制量。其中包括：數(shù)字PID控制算法、大林算法、Smith補(bǔ)償控制算法、最少拍控制算法、串級(jí)控制算法、前饋控制算法、解耦控制算法、模糊控制算法、最優(yōu)控制算法等。：實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，可選擇合適的一種或幾種控制算法，來實(shí)現(xiàn)控制。4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)(3)控制量輸出程序控制量輸出程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制量的處理(上下限和變化率處理)、控制量的變換及輸出，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或各種電氣開關(guān)?？刂屏恳舶M量和開關(guān)量輸出兩種。模擬控制量由D/A轉(zhuǎn)換模板輸出，—般為標(biāo)準(zhǔn)的0～10mA(DC)或4～20mA(DC)信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如各種調(diào)節(jié)閥。開關(guān)量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種電氣開關(guān)。4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)(4)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序?qū)崟r(shí)時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一切與時(shí)間有關(guān)過程的運(yùn)行基礎(chǔ)實(shí)時(shí)任務(wù)有兩類：第—類是周期性的，如每天固定時(shí)間啟動(dòng)，固定時(shí)間撤消的任務(wù)，它的重復(fù)周期是一天。第二類是臨時(shí)性任務(wù)，操作者預(yù)定好啟動(dòng)和撤消時(shí)間后由系統(tǒng)時(shí)鐘來執(zhí)行，但僅一次有效。許多實(shí)時(shí)任務(wù)如采樣用期、定時(shí)顯示打印、定時(shí)數(shù)據(jù)處理等都必須利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)。并由實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序去執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或處理動(dòng)作狀態(tài)標(biāo)志等。另外，事故報(bào)警、掉電檢測及處理、重要的事件處理等功能的實(shí)現(xiàn)也常常使用中斷技術(shù)，以便計(jì)算機(jī)能對(duì)事件做出及時(shí)處理。事件處理用中斷服務(wù)程序和相應(yīng)的硬件電路來完成。(4)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序(5)數(shù)據(jù)管理程序這部分程序用于生產(chǎn)管理，主要包括畫而顯示、變化趨勢分析、報(bào)警記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印輸出等。(6)數(shù)據(jù)通信程序數(shù)據(jù)通信程序主要完成計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。這個(gè)功能主要在分散型控制系統(tǒng)、分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)(5)數(shù)據(jù)管理程序8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行分為離線仿真與調(diào)試階段和在線調(diào)試與運(yùn)行階段。離線仿真與調(diào)試階段—般在實(shí)驗(yàn)室或非工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行，在線調(diào)試與運(yùn)行階段是在生產(chǎn)過程工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。離線仿真與調(diào)試階段是基礎(chǔ)，是檢查硬件和軟件的整體性能，為現(xiàn)場投運(yùn)做準(zhǔn)備，現(xiàn)場投運(yùn)是對(duì)全系統(tǒng)的實(shí)際考驗(yàn)與檢查。系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容很豐富，碰到的問題是干變?nèi)f化的，解決的方法也是多種多樣的，并沒有統(tǒng)一的模式。8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行分為離線仿真與調(diào)試⒈離線仿真和調(diào)試⑴硬件調(diào)試對(duì)于各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板，按照說明書檢查主要功能。在調(diào)試A／D和D／A模板之前，必須準(zhǔn)備好信號(hào)源、數(shù)字電壓表、電流表等利用開關(guān)量輸入和輸出程序來檢查開關(guān)量輸入(DI)和開關(guān)量輸出(DO)模板硬件調(diào)試還包括現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)如是分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分散型控制系統(tǒng)，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。⒈離線仿真和調(diào)試⑴硬件調(diào)試⑵軟件調(diào)試軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。—般與過程輸入輸出通道無關(guān)的程序，都可用開發(fā)機(jī)(仿真器)的調(diào)試程序進(jìn)行調(diào)試系統(tǒng)控制模塊的調(diào)試庇分為開環(huán)和閉環(huán)兩種情況進(jìn)行。開環(huán)調(diào)試是檢查它的階躍響應(yīng)特性，閉環(huán)調(diào)試是檢查它的反饋控制功能整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大⑵軟件調(diào)試⑶系統(tǒng)仿真在硬件和相軟件分別聯(lián)調(diào)后，必須再進(jìn)行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)。這次的統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)，就是通常所說的“系統(tǒng)仿真”(也稱為模擬調(diào)試)。所謂系統(tǒng)仿真，就是應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來研究事物，也就是用模型來代替實(shí)際生產(chǎn)過程(即被控對(duì)象)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。系統(tǒng)仿真有以下三種類型：全物理仿真(或稱在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真)；半物理仿真(或稱硬件閉路動(dòng)態(tài)試驗(yàn))；數(shù)字仿真(或稱計(jì)算機(jī)仿真)。⑶系統(tǒng)仿真2在線調(diào)試和運(yùn)行現(xiàn)場安裝及在線調(diào)試前先要進(jìn)行下列檢查：⑴檢測元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須經(jīng)過校驗(yàn)，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場校驗(yàn)。⑵各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。例如，孔板的上下引壓導(dǎo)管要與差壓變送器的正負(fù)壓輸入端極性一致；熱電偶的正負(fù)端與相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線相連接，并與溫度變送器的正負(fù)輸入端極性—致等。除了極性不得接反以外，對(duì)號(hào)位置都不應(yīng)接措。⑶對(duì)在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要在清洗好引壓導(dǎo)管以后。灌入隔離液(封液)。⑷檢查調(diào)節(jié)閥能否正確工件。旁路閥及上下游截?cái)嚅y關(guān)閉或打開，要搞正確。⑸檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。⑹對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。經(jīng)過檢查并已安裝正確后即可進(jìn)行系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)的整定。投運(yùn)時(shí)應(yīng)先切入手動(dòng)，等系統(tǒng)運(yùn)行接近于給定位時(shí)再切入自動(dòng)，并進(jìn)行參數(shù)的整定。2在線調(diào)試和運(yùn)行現(xiàn)場安裝及在線調(diào)試前先要進(jìn)行下列檢查：8.3電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.3.1控制任務(wù)與工藝要求⒈系統(tǒng)概述14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y8.3電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.3.1控制任務(wù)與工藝14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y序號(hào)1234567名稱注油泵膨脹槽電控柜過濾器油氣分離器循環(huán)泵加熱爐T1：出口溫度T2：入口溫度14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y序號(hào)123456圖8.3電熱油爐主電路原理圖圖8.3電熱油爐主電路原理圖⒉系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)⑴設(shè)定出口溫度、實(shí)際測量的出口溫度、入口溫度數(shù)碼管顯示⑵控制循環(huán)泵的運(yùn)行⑶控制二路交流接觸器、一路固態(tài)繼電器⑷九段溫度曲線給定設(shè)置⑸溫度范圍：0～300℃⑹供電電壓:三相交流380V⑺功率：5.6KW⒉系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)⒊工藝要求電熱油爐溫度的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但大體上可以歸納為以下幾個(gè)過程：①自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對(duì)升溫速度進(jìn)行控制的升溫過程。②恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率△1進(jìn)行。③保溫段，即要求在某一過程中爐溫基本保持不變。④恒速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一斜率△2進(jìn)行。⑤自由降溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對(duì)降溫速度進(jìn)行控制的升溫過程。⒊工藝要求電熱油爐溫度的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但爐溫變化曲線要求參數(shù)如下：過渡過程時(shí)間ta：即從升溫開始到進(jìn)入保溫段的時(shí)間，ta≤100min.超調(diào)量σP:即升溫過程的溫度最大值TM與保溫值TO之差與保溫值之比，靜態(tài)誤差ev：即當(dāng)溫度進(jìn)入保溫段后的實(shí)際溫度值T與保溫值TO之差的絕對(duì)值溫度的變化范圍：20℃～220℃，保溫值為200℃。爐溫變化曲線要求參數(shù)如下：8.3.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)⒈系統(tǒng)的基本工作原理AT89S52信號(hào)處理電路A/D轉(zhuǎn)換EEPROM固態(tài)繼電器晶閘管三相調(diào)功模塊報(bào)警電路顯示、鍵盤入口溫度出口溫度油泵加熱爐圖8.5電熱油爐溫度控制系統(tǒng)框圖8.3.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)⒈系統(tǒng)的基本工作原理信號(hào)處A/DEEP電熱油爐溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)作為控制器，鉑電阻溫度計(jì)作為溫度檢測元件，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和斷開時(shí)間的長短來控制電熱元件的通電時(shí)間來控制導(dǎo)熱油溫度。另外，系統(tǒng)還擴(kuò)展了數(shù)碼管顯示、鍵盤、報(bào)警電路，其系統(tǒng)框圖如圖8.5所示。通過控制過零觸發(fā)型固態(tài)繼電器的通斷比,來控制輸入到加熱爐的功率,從而達(dá)到控制溫度的目的。固態(tài)繼電器有兩個(gè)輸入控制端,另外兩端為輸出控制端,中間利用光電耦合器實(shí)現(xiàn)電氣隔離.輸入端只要很小的輸入電流便能控制它的導(dǎo)通,沒有輸入電流則截止.與有觸點(diǎn)的繼電器相比,固態(tài)繼電器控制電路簡單、開關(guān)速度快、使用壽命長、沒有噪音等一系列優(yōu)點(diǎn)。電熱油爐溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)作為控制器，鉑電阻⒉單片機(jī)的選擇選擇AT89S52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，AT89S52內(nèi)部有8K的程序儲(chǔ)存器，256字節(jié)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，因而無需再擴(kuò)展儲(chǔ)存器，使系統(tǒng)大大簡化。主要完成溫度的采集、控制、顯示和報(bào)警等功能。⒊數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器擴(kuò)展設(shè)定的溫度曲線需要長期保存，擴(kuò)展一片串行EEPROMAT24C256來保存設(shè)定的溫度曲線⒉單片機(jī)的選擇⒋傳感器的選擇目前在溫度測量領(lǐng)域內(nèi)，除了廣泛使用熱電偶以外，電阻溫度計(jì)也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其工業(yè)生產(chǎn)中－120℃﹢500℃范圍內(nèi)的溫度測量常常使用電阻溫度計(jì)。本例中采用鉑電阻來測量溫度，其分度號(hào)為，電阻的初值為，溫度每升高一度，鉑電阻的阻值約增加。⒋傳感器的選擇圖8.6鉑電阻及其信號(hào)放大電路圖圖8.6鉑電阻及其信號(hào)放大電路圖測量部分是一個(gè)不平衡電橋，鉑電阻與固定電阻組成不平衡電橋的四個(gè)橋臂。為了保證測溫的精度，采用兩次穩(wěn)壓。在溫度為0℃時(shí)，鉑電阻的阻值，電橋平衡，對(duì)角線A、B兩點(diǎn)沒有電壓差；當(dāng)溫度變化時(shí)，鉑電阻的阻值變?yōu)?，其變化值與溫度成正比，電橋不平衡，使對(duì)角線A、B兩點(diǎn)有電壓差，此電壓差送到運(yùn)算放大器的輸入端，經(jīng)過放大后送到A/D轉(zhuǎn)換芯片。改變R2*，RL的數(shù)值，可以得到不同的放大系數(shù)測量部分是一個(gè)不平衡電橋，鉑電阻與固定電阻組成不平衡電橋的四⒌.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇與接口設(shè)計(jì)⒌.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇與接口設(shè)計(jì)⒍顯示器、鍵盤接口設(shè)計(jì)溫度的設(shè)定與測量結(jié)果通過鍵盤和數(shù)碼管顯示電路完成。鍵盤顯示電路由ZLG7289A芯片完成。ZLG7289A是廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)的具有SPI串行接口功能的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示﹑鍵盤接口的全部功能。不需要的按鍵可以不接。ZLG7289A內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式。此外還具有多種控制指令如消隱﹑閃爍﹑左移﹑右移﹑段尋址等。ZLG7289A具有片選信號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。系統(tǒng)中擴(kuò)展了二片ZLG7289A驅(qū)動(dòng)12位數(shù)碼管，用來顯示導(dǎo)熱油出口溫度的給定值、出口溫度和入口溫度的測量值。鍵盤由16個(gè)鍵組成，其中0～9數(shù)字鍵用于各種參數(shù)的設(shè)定；6個(gè)功能鍵分別是油泵啟動(dòng)鍵、油泵停止鍵、加熱啟動(dòng)鍵、加熱停止鍵、設(shè)置鍵、修改鍵。⒍顯示器、鍵盤接口設(shè)計(jì)溫度的設(shè)定與測量結(jié)果通過鍵盤和數(shù)碼管顯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-》教學(xué)課件模板⒎執(zhí)行器的選擇選擇交流接觸器控制循環(huán)泵，晶閘管三相調(diào)功模塊控制加熱元件。三相調(diào)功模塊內(nèi)部含有晶閘管主電路、過零觸發(fā)及控制電路和強(qiáng)弱電隔離電路,并有1個(gè)5引腳的控制插口,由單片機(jī)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間完成對(duì)電熱元件的加熱，達(dá)到溫度控制的目的⒎執(zhí)行器的選擇選擇交流接觸器控制循環(huán)泵，晶閘管三相調(diào)功模塊控⒏報(bào)警電路與狀態(tài)顯示電路報(bào)警電路由風(fēng)鳴器和發(fā)光二極管組成，當(dāng)系統(tǒng)中溫度超限時(shí)，燈光報(bào)警⒏報(bào)警電路與狀態(tài)顯示電路報(bào)警電路由風(fēng)鳴器和發(fā)光二極管組成，當(dāng)8.3.3數(shù)學(xué)模型與控制算法⒈數(shù)學(xué)模型建立:系統(tǒng)是帶純滯后的一階對(duì)象通過測量飛升曲線求得的參數(shù)：8.3.3數(shù)學(xué)模型與控制算法⒈數(shù)學(xué)模型建立:系統(tǒng)是帶純滯后的⒉控制規(guī)律的選擇和參數(shù)計(jì)算根據(jù)溫度變化曲線的要求，可將其分為三段來進(jìn)行控制：自由升溫段、保溫段和自然降溫段。而真正需要電氣控制的是前面兩個(gè)階段，即自由升溫段和保溫段。為避免過沖，從室溫到80%額定溫度為自由升溫段，在±20%額定溫度時(shí)為保溫段。輸入的電功率為，=0時(shí)電功率最小，=1時(shí)為全功率。在自由升溫段中，希望升溫越快越好，總是將加熱功率全開，因此得到自由升溫段控制方程：當(dāng)溫度時(shí)，已較接近需要保溫的值，為此采用保溫段控制方程。保溫控制方法有多種，如果采用比例控制，由于電熱元件所加功率的變化和油溫變化之間存在一段時(shí)間延遲，因此當(dāng)以溫差來控制輸出時(shí)，系統(tǒng)只有在溫度與給定值相等時(shí)才停止輸出。⒉控制規(guī)律的選擇和參數(shù)計(jì)算根據(jù)溫度變化曲線的要求，可將其分為這時(shí)由于油溫變化的延遲性質(zhì)，油溫并不因輸入停止而馬上停止上升，從而超過給定值。滯后時(shí)間越大，超過給定值也越大。油溫上升到一定程度后，才開始下降，并下降到小于給定值時(shí)系統(tǒng)才重新輸出。同樣，由于油溫變化滯后于輸出，它將繼續(xù)下降，從而造成溫度的上下波動(dòng)，即所謂的振蕩?？紤]到滯后的影響，調(diào)節(jié)規(guī)律必須加入微分因數(shù)，即PD調(diào)節(jié)。有了PD調(diào)節(jié)，系統(tǒng)輸出不僅取決于溫差的大小，還取決于溫差的變化速率。當(dāng)油溫從自由升溫段進(jìn)入保溫段時(shí)，油溫還小于給定值，但溫度變化較大，因而系統(tǒng)可以提前減少或停止輸出，使油溫不至于出現(xiàn)過大的超調(diào)。同樣，在降溫過程中也是如此。這樣就改善了油溫調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。積分作用可以提高溫度控制的靜態(tài)精度，適當(dāng)選擇積分作用，則可以在不影響動(dòng)態(tài)性能情況下提高溫度控制的精度。所以保溫段控制最好采用PID控制方法。這時(shí)由于油溫變化的延遲性質(zhì)，油溫并不因輸入停止而馬上停止上升⑴PID算法和參數(shù)選定連續(xù)系統(tǒng)PID校正的控制量P可以表示為采用離散算法可以表示為（增量式）：⑴PID算法和參數(shù)選定式中：為已知。⑵數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述連續(xù)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)出來的模擬調(diào)節(jié)器，經(jīng)離散化后變成適合于計(jì)算機(jī)計(jì)算的差分方程。根據(jù)差分方程就可以設(shè)計(jì)程序流程圖，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。式中：為已知。⑵數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)8.3.4軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用C51語言，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括初始化程序、主程序、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集程序、中值濾波程序、PID控制算法程序、鍵盤顯示程序等8.3.4軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用C51語言，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。NN開始上電復(fù)位初始化系統(tǒng)自檢正常？報(bào)警調(diào)LED顯示子程序調(diào)鍵盤輸入子程序NNNN設(shè)置參數(shù)啟動(dòng)油泵停止加熱停止油泵油泵啟動(dòng)？晶閘管三相調(diào)功模塊導(dǎo)通啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采樣數(shù)字濾波標(biāo)度變換溫度顯示溫度超限？全功率輸出溫差≤10℃？PID控制調(diào)鍵盤輸入子程序加熱停止鍵？NNNN有鍵按下？設(shè)定鍵？油泵啟動(dòng)鍵？加熱啟動(dòng)鍵？加熱停止鍵？油泵停止鍵？NN開始上電復(fù)位初始化系統(tǒng)自檢正常？報(bào)警調(diào)LED顯示子程序調(diào)8.4角位置伺服系統(tǒng)IPC控制設(shè)計(jì)8.4.1.系統(tǒng)概述本系統(tǒng)是三自由度的角位置伺服系統(tǒng)，要求三個(gè)方位均具有精確定位、速率控制、正弦擺動(dòng)等功能，可通過串行通訊口接收上位機(jī)的控制命令，并實(shí)時(shí)顯示三方位的角度值。根據(jù)系統(tǒng)要求，由伺服控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、被控對(duì)象、測角電路構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求：相角裕度大于50，超調(diào)量小于25%，系統(tǒng)帶寬大于10Hz。8.4角位置伺服系統(tǒng)IPC控制設(shè)計(jì)8.4.1.系統(tǒng)概述圖8.11伺服系統(tǒng)組成框圖圖8.11伺服系統(tǒng)組成框圖8.4.2硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件由伺服控制、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用無刷直流力矩電機(jī)，反饋環(huán)節(jié)測角部分選用感應(yīng)同步器。伺服控制部分采用抗干擾性強(qiáng)的IPC610工控機(jī)，全數(shù)字控制，控制算法由軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸入輸出部分(DIDO)：采用PCL-722并行DIO卡模擬量的輸出部分(AO)：選用光電隔離型HY-6050板卡。使用工控機(jī)本身的硬件資源COM1或者COM2來實(shí)現(xiàn)同上位機(jī)的通訊，命令的傳輸通過串行通訊進(jìn)行。上位機(jī)控制到工控機(jī)的命令使用串行中斷的方式，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；工控機(jī)到上位機(jī)的數(shù)據(jù)使用查詢的方式。8.4.2硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件由伺服控制、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反圖8.12IPC硬件組成框圖圖8.12IPC硬件組成框圖8.4.3軟件設(shè)計(jì)控制軟件分為主程序和中斷服務(wù)子程序兩大部分主程序主要包括:初始化程序、界面操作程序8.4.3軟件設(shè)計(jì)控制軟件分為主程序和中斷服務(wù)子程序兩大部分圖8.13主程序流程圖圖8.13主程序流程圖⒈初始化程序主要完成各基本功能模塊的設(shè)置。設(shè)置定時(shí)中斷：包括設(shè)置定時(shí)中斷的時(shí)間常數(shù)、修改中斷向量指向。設(shè)置串行中斷：串行通訊的數(shù)據(jù)格式，通訊端口，中斷方式時(shí)的中斷向量。創(chuàng)建保存數(shù)據(jù)的文件：在初始化時(shí)設(shè)定保存實(shí)時(shí)采集的角度數(shù)據(jù)的文件，原來存在的進(jìn)行覆蓋，如果不存在則創(chuàng)建文件。初始化PCL-722板卡：設(shè)定板卡的基地址，各個(gè)通道的工作方式，初始化各個(gè)通道的端口。初始化HY-6050板卡：設(shè)定板卡的基地址，初始化各個(gè)通道⒈初始化程序⒉界面操作程序界面操作程序主要是進(jìn)行人-機(jī)對(duì)話的途徑，使操作者可對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行本控調(diào)試?？梢酝ㄟ^選擇界面上相應(yīng)的功能選項(xiàng)，執(zhí)行相應(yīng)的功能，包括指定三個(gè)軸相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方式，設(shè)定運(yùn)動(dòng)的初始參數(shù)，數(shù)據(jù)的處理，中斷的退出等。⒉界面操作程序⒊中斷服務(wù)子程序包括：定時(shí)中斷、鍵盤中斷、串行通訊中斷等子程序。⑴定時(shí)中斷處理子程序定時(shí)中斷用于實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)采集模塊。通過改寫系統(tǒng)板上的定時(shí)器通道0來實(shí)現(xiàn)定時(shí)中斷。實(shí)現(xiàn)方法是：(1)保存原中斷向量；(2)重新對(duì)定時(shí)器通道0進(jìn)行編程，并設(shè)置新的中斷向量為中斷服務(wù)程序入口地址；(3)在程序退出前恢復(fù)原中斷向量。⑵鍵盤中斷處理子程序:接收鍵盤按鍵操作產(chǎn)生的中斷，使用ROM-BIOS軟中斷，利用函數(shù)BIOSKEY獲得按鍵的鍵值，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。⒊中斷服務(wù)子程序圖8.14定時(shí)中斷服務(wù)子程序流程圖

圖8.14定時(shí)中斷服務(wù)子程序流程圖⑶串行通訊中斷處理子程序串行通訊中斷主要是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和外部的串行通訊。使用計(jì)算機(jī)內(nèi)部的硬件資源COM1(COM2)和中斷資源0x0c(0x0b)。串行通訊中斷處理子程序主要用來接收上位機(jī)的控制命令，進(jìn)行命令格式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控的功能，并可以按照協(xié)議的要求返回指定的數(shù)據(jù)。⑶串行通訊中斷處理子程序圖8.15串行通訊中斷服務(wù)子程序流程圖

圖8.15串行通訊中斷服務(wù)子程序流程圖4.控制算法與實(shí)現(xiàn)為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，可采用PD控制。同時(shí)為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，在數(shù)字控制器中引入積分環(huán)節(jié)，消除靜差。在位置控制時(shí)，使用(PD+III)型系統(tǒng)控制，大偏差時(shí)使用PD控制，小偏差時(shí)使用III型系統(tǒng)控制。使系統(tǒng)在大偏差時(shí)快速無超調(diào)的歸零。設(shè)置III型系統(tǒng)控制的切換條件進(jìn)行切換控制，并設(shè)置滯環(huán)開關(guān)。這樣既保持了積分的作用，又減少了超調(diào)量，使得系統(tǒng)性能有較大的改善具體實(shí)現(xiàn)如下：根據(jù)實(shí)際情況，人為設(shè)定一個(gè)閾值ε>0。當(dāng)偏差∣e(k)∣>ε時(shí)，即偏差值比較大時(shí)，采用PD控制。當(dāng)∣e(k)∣≤ε時(shí)，即偏差比較小時(shí)，采用III型系統(tǒng)控制.4.控制算法與實(shí)現(xiàn)為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，可采用PD控制。圖8.16(PD+III)型系統(tǒng)控制程序流程圖圖8.17控制量計(jì)算程序流程圖圖8.16(PD+III)型系統(tǒng)控制程序流程圖5.仿真與結(jié)論系統(tǒng)的位置控制仿真曲線。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)超調(diào)量小，反應(yīng)速度快，穩(wěn)定單位：0.002秒單位：度5.仿真與結(jié)論系統(tǒng)的位置控制仿真曲線。單位：0.002秒單位Itisapplicabletoworkreport,lectureandteaching計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Itisapplicabletoworkrepor67主要內(nèi)容8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.3電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.4角位置伺服系統(tǒng)IPC控制設(shè)計(jì)主要內(nèi)容8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則⒈安全可靠⒉操作維護(hù)方便⒊實(shí)時(shí)性強(qiáng)⒋通用性好⒌經(jīng)濟(jì)效益高8.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟⒈工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定階段⑴甲方提出任務(wù)委托書⑵乙方研究任務(wù)委托書⑶雙方對(duì)委托書進(jìn)行確認(rèn)性修改⑷乙方初步進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)⑸乙方進(jìn)行方案可行性論證⑹簽訂合同書8.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟⒈工程項(xiàng)目與控制任務(wù)的確定階段⒉工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段組建項(xiàng)目研制小組、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、方案論證與評(píng)審、硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì)、硬件和軟件的調(diào)試、系統(tǒng)的組裝⒉工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段⒊離線仿真和調(diào)試階段離線硬件聯(lián)調(diào)離線軟件聯(lián)調(diào)離線硬件軟件統(tǒng)調(diào)考機(jī)現(xiàn)場安裝調(diào)試試運(yùn)行驗(yàn)收結(jié)束圖8.1離線仿真和調(diào)試階段流程如圖

⒊離線仿真和調(diào)試階段離線硬件聯(lián)調(diào)離線軟件聯(lián)調(diào)離線硬件軟件統(tǒng)調(diào)⒋在線調(diào)試和運(yùn)行階段系統(tǒng)離線仿真和調(diào)試后便可進(jìn)行在線調(diào)試和運(yùn)行。在線調(diào)試和運(yùn)行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行。盡管離線仿真和調(diào)試工作非常認(rèn)真、仔細(xì)，現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行仍可能出現(xiàn)問題，因此必須認(rèn)真分析加以解決。系統(tǒng)運(yùn)行正常后，可以再試運(yùn)行一段時(shí)間，即可組織驗(yàn)收。驗(yàn)收是系統(tǒng)項(xiàng)目最終完成的標(biāo)志，應(yīng)由甲方主持乙方參加，雙方協(xié)同辦理。驗(yàn)收完畢應(yīng)形成驗(yàn)收文件存檔。⒋在線調(diào)試和運(yùn)行階段8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)⒈確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)⒉確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式⒊現(xiàn)場設(shè)備選擇⒋確定控制策略和控制算法⒌硬件、軟件功能的劃分⒍其它方面的考慮⒎系統(tǒng)總體方案8.2系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)⒎系統(tǒng)總體方案總體設(shè)計(jì)后將形成系統(tǒng)的總體方案?？傮w方案確認(rèn)后，要形成文件，建立總體方案文檔。系統(tǒng)總體文件的內(nèi)容包括：⑴系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框圖及文字說明。⑵控制策略和控制算法，例如PID控制、達(dá)林算法、Smith補(bǔ)償控制、最級(jí)控制、前饋控制、解耦控制、模糊控制、最優(yōu)控制等。⑶系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖。⑷方案比較和選擇。⑸保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施。⑹抗干擾和可靠性設(shè)計(jì)。⑺機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。⑻經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度計(jì)劃的安排。⒎系統(tǒng)總體方案8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型⑴選擇系統(tǒng)的總線①內(nèi)總線選擇常用的工業(yè)控制機(jī)內(nèi)總線有兩種：PC總線和STD總線。一般常選用PC總線工業(yè)控制機(jī)。②外總線選擇根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本類型，如果采用分級(jí)控制系統(tǒng)DCS等，必然有通信的問題。外總線就是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能儀器或智能外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線，它包括并行通信總線(IEEE-488)和串行通信總線(RS—232C)。另外還有可用來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信、多站點(diǎn)互聯(lián)的通信總線RS—422和RS—485。8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型選擇主機(jī)機(jī)型在總線式工業(yè)控制機(jī)中，有許多機(jī)型，都因采用的CPU不同而不同。以PC總線工業(yè)控制既為例，其CPU有8088、80286、80386、80486、Pentium(586)等多種型號(hào)，內(nèi)存、硬盤、主頻、顯示卡、CRT顯示器也有多種規(guī)格。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)要求合理地進(jìn)行選型選擇主機(jī)機(jī)型8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒉選擇輸入輸出通道模板⑴數(shù)字量(開關(guān)量)輸入輸出(DI／DO)模板PC總線的并行I／O接口模板多種多樣，通?？煞譃門TL電平的DI／DO和帶光電隔離的DI／DO。通常和工業(yè)控制機(jī)共地裝置的接口可以采用TTL電平，而其它裝置與工業(yè)控制機(jī)之間則采用光電隔離。對(duì)于大容量的DI／DO系統(tǒng)，往往選用大容量的TTL電平的DI／DO板，而將光電隔離及驅(qū)動(dòng)功能安排在工業(yè)控制機(jī)總線之外的非總線模板上，如繼電器板（包括固體繼電器板）等。8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒉選擇輸入輸出通道模板⒉選擇輸入輸出通道模板⑵模擬量輸入輸出(AI／AO)模板AI／AO模板包括A／D、D／A板及信號(hào)調(diào)理電路等。AI模板輸入可能是0～±5V、1～10V、0～10mA、4～20mA以及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號(hào)。AO模板輸出可能0～5V、1～10V、0～10mA、4～20mA等信號(hào)。選擇AI／AO模板時(shí)必須注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標(biāo)。⒉選擇輸入輸出通道模板8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒊選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)⑴選擇要送器變送器是這樣一種儀表，它能將被測變量（如溫度、壓力、物位、流量、電壓、電流等）轉(zhuǎn)換為可遠(yuǎn)傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(0～10mA、4～20mA等)，且輸出信號(hào)與被測變量有一定的連續(xù)關(guān)系。在控制系統(tǒng)中其輸出信號(hào)被送至工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行處理、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。DDZ-Ⅱ型變送器輸出的是4～20mA信號(hào),供電電源為24V(DC)且采用二線制，DDZ-Ⅲ型比DDZ-Ⅱ型變送器性能好,使用方便。DDZ-S系列變送器是在總結(jié)DDZ型變送器的基礎(chǔ)上，吸取了國外同類變送器的先進(jìn)技術(shù)，采用模擬技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，從而開發(fā)出的新一代變送器?，F(xiàn)場總線儀表也將被推廣應(yīng)用。常用的變送器有溫度變送器、壓力變送器、液位變送器、差壓變送器、流量變送器、各種電量變送器等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)被測參數(shù)的種類、量程、被測對(duì)象的介質(zhì)類型和環(huán)境來選擇變送器的具體型號(hào)。8.2.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒊選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)⑵選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它的作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使生產(chǎn)過程按預(yù)先規(guī)定的要求正常運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓三種類型。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的持點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、防火防爆；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的持點(diǎn)是體積小、種類多、使用方便；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是推力大、精度高。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)和電動(dòng)兩種。另外，還有各種有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)開關(guān)，也是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作。電磁閥作為一種開關(guān)閥在工業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用。在系統(tǒng)中，選樣氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)開關(guān)之中的哪種，要跟據(jù)系統(tǒng)的要求來確定。但要實(shí)現(xiàn)連續(xù)的精確的控制目的，必須選用氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，對(duì)要求不高的控制系統(tǒng)可選用電磁閥。⑵選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)8.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈編程語言選擇⑴匯編語言匯編語言是面向具體微處理器的，使用它能夠具體描述控制運(yùn)算和處理的過程、緊湊地使用內(nèi)存，對(duì)內(nèi)存和[八)空間的分配比較清楚，能夠充分發(fā)揮硬件的性能，所編軟件運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性好，所以主要用于過程信號(hào)的檢測、控制計(jì)算和控制輸出的處理。⑵高級(jí)語言采用高級(jí)語言編程的優(yōu)點(diǎn)是編程效率高，不必了解計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)和內(nèi)存分配等問題，其計(jì)算公式與數(shù)學(xué)公式相近等。其缺點(diǎn)是，編制的源程序經(jīng)過編譯后、可執(zhí)行的目標(biāo)代碼比完成同樣功能的匯編語言的目標(biāo)代碼長得多，一方面占用內(nèi)存量增多，另一方面使得執(zhí)行時(shí)間增加很多，往往難于滿足實(shí)時(shí)性的要求。⑶組態(tài)軟件組態(tài)軟件是一種針對(duì)控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的面向問題的高級(jí)語言，它為用戶提供了眾多的功能模塊8.2.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)⒈編程語言選擇2數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃從數(shù)據(jù)類型：邏輯型和數(shù)值型，但通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標(biāo)志中去考慮。數(shù)值型可分為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。定點(diǎn)數(shù)有直觀、編程簡單、運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是表示的數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍小，容易溢出。浮點(diǎn)數(shù)則相反，數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍大、相對(duì)精度穩(wěn)定、不易溢出，但編程復(fù)雜，運(yùn)算速度低。如果某參數(shù)是—系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信號(hào)序列，則不只有數(shù)據(jù)類型問題，還有一個(gè)數(shù)據(jù)存放格式問題，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。2數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃3資源分配完成數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃后，便可開始分配系統(tǒng)的資源了。系統(tǒng)資源包括ROM、RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、個(gè)斷源、I／O地址等。ROM資源用來存放程序和表格，I／O地址、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷源在任務(wù)分折時(shí)已經(jīng)分配好了。因此，資源分配的主要工作是RAM資源的分配，RAM資源規(guī)劃好后，應(yīng)列出一張RAM資源的詳細(xì)分配清單，作為編程依據(jù)3資源分配4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)⑴數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集程序主要包括模擬量和數(shù)字量多路信號(hào)的采樣、輸入變換、存儲(chǔ)等。數(shù)據(jù)處理程序主要包括數(shù)字濾波程序、線性化處理和非線件補(bǔ)償、標(biāo)度變換程序、超限報(bào)警程序等。(2)控制算法程序控制算法程序主要實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律的計(jì)算，產(chǎn)生控制量。其中包括：數(shù)字PID控制算法、大林算法、Smith補(bǔ)償控制算法、最少拍控制算法、串級(jí)控制算法、前饋控制算法、解耦控制算法、模糊控制算法、最優(yōu)控制算法等。：實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，可選擇合適的一種或幾種控制算法，來實(shí)現(xiàn)控制。4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)(3)控制量輸出程序控制量輸出程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制量的處理(上下限和變化率處理)、控制量的變換及輸出，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或各種電氣開關(guān)?？刂屏恳舶M量和開關(guān)量輸出兩種。模擬控制量由D/A轉(zhuǎn)換模板輸出，—般為標(biāo)準(zhǔn)的0～10mA(DC)或4～20mA(DC)信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如各種調(diào)節(jié)閥。開關(guān)量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種電氣開關(guān)。4實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)(4)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序?qū)崟r(shí)時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一切與時(shí)間有關(guān)過程的運(yùn)行基礎(chǔ)實(shí)時(shí)任務(wù)有兩類：第—類是周期性的，如每天固定時(shí)間啟動(dòng)，固定時(shí)間撤消的任務(wù)，它的重復(fù)周期是一天。第二類是臨時(shí)性任務(wù)，操作者預(yù)定好啟動(dòng)和撤消時(shí)間后由系統(tǒng)時(shí)鐘來執(zhí)行，但僅一次有效。許多實(shí)時(shí)任務(wù)如采樣用期、定時(shí)顯示打印、定時(shí)數(shù)據(jù)處理等都必須利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)。并由實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序去執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或處理動(dòng)作狀態(tài)標(biāo)志等。另外，事故報(bào)警、掉電檢測及處理、重要的事件處理等功能的實(shí)現(xiàn)也常常使用中斷技術(shù)，以便計(jì)算機(jī)能對(duì)事件做出及時(shí)處理。事件處理用中斷服務(wù)程序和相應(yīng)的硬件電路來完成。(4)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序(5)數(shù)據(jù)管理程序這部分程序用于生產(chǎn)管理，主要包括畫而顯示、變化趨勢分析、報(bào)警記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印輸出等。(6)數(shù)據(jù)通信程序數(shù)據(jù)通信程序主要完成計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。這個(gè)功能主要在分散型控制系統(tǒng)、分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)(5)數(shù)據(jù)管理程序8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行分為離線仿真與調(diào)試階段和在線調(diào)試與運(yùn)行階段。離線仿真與調(diào)試階段—般在實(shí)驗(yàn)室或非工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行，在線調(diào)試與運(yùn)行階段是在生產(chǎn)過程工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。離線仿真與調(diào)試階段是基礎(chǔ)，是檢查硬件和軟件的整體性能，為現(xiàn)場投運(yùn)做準(zhǔn)備，現(xiàn)場投運(yùn)是對(duì)全系統(tǒng)的實(shí)際考驗(yàn)與檢查。系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容很豐富，碰到的問題是干變?nèi)f化的，解決的方法也是多種多樣的，并沒有統(tǒng)一的模式。8.2.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行分為離線仿真與調(diào)試⒈離線仿真和調(diào)試⑴硬件調(diào)試對(duì)于各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板，按照說明書檢查主要功能。在調(diào)試A／D和D／A模板之前，必須準(zhǔn)備好信號(hào)源、數(shù)字電壓表、電流表等利用開關(guān)量輸入和輸出程序來檢查開關(guān)量輸入(DI)和開關(guān)量輸出(DO)模板硬件調(diào)試還包括現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)如是分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分散型控制系統(tǒng)，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。⒈離線仿真和調(diào)試⑴硬件調(diào)試⑵軟件調(diào)試軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序?！闩c過程輸入輸出通道無關(guān)的程序，都可用開發(fā)機(jī)(仿真器)的調(diào)試程序進(jìn)行調(diào)試系統(tǒng)控制模塊的調(diào)試庇分為開環(huán)和閉環(huán)兩種情況進(jìn)行。開環(huán)調(diào)試是檢查它的階躍響應(yīng)特性，閉環(huán)調(diào)試是檢查它的反饋控制功能整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大⑵軟件調(diào)試⑶系統(tǒng)仿真在硬件和相軟件分別聯(lián)調(diào)后，必須再進(jìn)行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)。這次的統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)，就是通常所說的“系統(tǒng)仿真”(也稱為模擬調(diào)試)。所謂系統(tǒng)仿真，就是應(yīng)用相似原理和類比關(guān)系來研究事物，也就是用模型來代替實(shí)際生產(chǎn)過程(即被控對(duì)象)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。系統(tǒng)仿真有以下三種類型：全物理仿真(或稱在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真)；半物理仿真(或稱硬件閉路動(dòng)態(tài)試驗(yàn))；數(shù)字仿真(或稱計(jì)算機(jī)仿真)。⑶系統(tǒng)仿真2在線調(diào)試和運(yùn)行現(xiàn)場安裝及在線調(diào)試前先要進(jìn)行下列檢查：⑴檢測元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須經(jīng)過校驗(yàn)，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場校驗(yàn)。⑵各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確。例如，孔板的上下引壓導(dǎo)管要與差壓變送器的正負(fù)壓輸入端極性一致；熱電偶的正負(fù)端與相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線相連接，并與溫度變送器的正負(fù)輸入端極性—致等。除了極性不得接反以外，對(duì)號(hào)位置都不應(yīng)接措。⑶對(duì)在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要在清洗好引壓導(dǎo)管以后。灌入隔離液(封液)。⑷檢查調(diào)節(jié)閥能否正確工件。旁路閥及上下游截?cái)嚅y關(guān)閉或打開，要搞正確。⑸檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取措施。⑹對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。經(jīng)過檢查并已安裝正確后即可進(jìn)行系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)的整定。投運(yùn)時(shí)應(yīng)先切入手動(dòng)，等系統(tǒng)運(yùn)行接近于給定位時(shí)再切入自動(dòng)，并進(jìn)行參數(shù)的整定。2在線調(diào)試和運(yùn)行現(xiàn)場安裝及在線調(diào)試前先要進(jìn)行下列檢查：8.3電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.3.1控制任務(wù)與工藝要求⒈系統(tǒng)概述14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y8.3電熱油爐溫度單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.3.1控制任務(wù)與工藝14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y序號(hào)1234567名稱注油泵膨脹槽電控柜過濾器油氣分離器循環(huán)泵加熱爐T1：出口溫度T2：入口溫度14567P3反應(yīng)釜2T1T2T3T4T5Y序號(hào)123456圖8.3電熱油爐主電路原理圖圖8.3電熱油爐主電路原理圖⒉系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)⑴設(shè)定出口溫度、實(shí)際測量的出口溫度、入口溫度數(shù)碼管顯示⑵控制循環(huán)泵的運(yùn)行⑶控制二路交流接觸器、一路固態(tài)繼電器⑷九段溫度曲線給定設(shè)置⑸溫度范圍：0～300℃⑹供電電壓:三相交流380V⑺功率：5.6KW⒉系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)⒊工藝要求電熱油爐溫度的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但大體上可以歸納為以下幾個(gè)過程：①自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對(duì)升溫速度進(jìn)行控制的升溫過程。②恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率△1進(jìn)行。③保溫段，即要求在某一過程中爐溫基本保持不變。④恒速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一斜率△2進(jìn)行。⑤自由降溫段，即根據(jù)電阻爐自身的條件，不對(duì)降溫速度進(jìn)行控制的升溫過程。⒊工藝要求電熱油爐溫度的控制，根據(jù)工藝要求不同而有所變化，但爐溫變化曲線要求參數(shù)如下：過渡過程時(shí)間ta：即從升溫開始到進(jìn)入保溫段的時(shí)間，ta≤100min.超調(diào)量σP:即升溫過程的溫度最大值TM與保溫值TO之差與保溫值之比，靜態(tài)誤差ev：即當(dāng)溫度進(jìn)入保溫段后的實(shí)際溫度值T與保溫值TO之差的絕對(duì)值溫度的變化范圍：20℃～220℃，保溫值為200℃。爐溫變化曲線要求參數(shù)如下：8.3.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)⒈系統(tǒng)的基本工作原理AT89S52信號(hào)處理電路A/D轉(zhuǎn)換EEPROM固態(tài)繼電器晶閘管三相調(diào)功模塊報(bào)警電路顯示、鍵盤入口溫度出口溫度油泵加熱爐圖8.5電熱油爐溫度控制系統(tǒng)框圖8.3.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)⒈系統(tǒng)的基本工作原理信號(hào)處A/DEEP電熱油爐溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)作為控制器，鉑電阻溫度計(jì)作為溫度檢測元件，控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通和斷開時(shí)間的長短來控制電熱元件的通電時(shí)間來控制導(dǎo)熱油溫度。另外，系統(tǒng)還擴(kuò)展了數(shù)碼管顯示、鍵盤、報(bào)警電路，其系統(tǒng)框圖如圖8.5所示。通過控制過零觸發(fā)型固態(tài)繼電器的通斷比,來控制輸入到加熱爐的功率,從而達(dá)到控制溫度的目的。固態(tài)繼電器有兩個(gè)輸入控制端,另外兩端為輸出控制端,中間利用光電耦合器實(shí)現(xiàn)電氣隔離.輸入端只要很小的輸入電流便能控制它的導(dǎo)通,沒有輸入電流則截止.與有觸點(diǎn)的繼電器相比,固態(tài)繼電器控制電路簡單、開關(guān)速度快、使用壽命長、沒有噪音等一系列優(yōu)點(diǎn)。電熱油爐溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)采用51系列單片機(jī)作為控制器，鉑電阻⒉單片機(jī)的選擇選擇AT89S52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，AT89S52內(nèi)部有8K的程序儲(chǔ)存器，256字節(jié)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，因而無需再擴(kuò)展儲(chǔ)存器，使系統(tǒng)大大簡化。主要完成溫度的采集、控制、顯示和報(bào)警等功能。⒊數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器擴(kuò)展設(shè)定的溫度曲線需要長期保存，擴(kuò)展一片串行EEPROMAT24C256來保存設(shè)定的溫度曲線⒉單片機(jī)的選擇⒋傳感器的選擇目前在溫度測量領(lǐng)域內(nèi)，除了廣泛使用熱電偶以外，電阻溫度計(jì)也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其工業(yè)生產(chǎn)中－120℃﹢500℃范圍內(nèi)的溫度測量常常使用電阻溫度計(jì)。本例中采用鉑電阻來測量溫度，其分度號(hào)為，電阻的初值為，溫度每升高一度，鉑電阻的阻值約增加。⒋傳感器的選擇圖8.6鉑電阻及其信號(hào)放大電路圖圖8.6鉑電阻及其信號(hào)放大電路圖測量部分是一個(gè)不平衡電橋，鉑電阻與固定電阻組成不平衡電橋的四個(gè)橋臂。為了保證測溫的精度，采用兩次穩(wěn)壓。在溫度為0℃時(shí)，鉑電阻的阻值，電橋平衡，對(duì)角線A、B兩點(diǎn)沒有電壓差；當(dāng)溫度變化時(shí)，鉑電阻的阻值變?yōu)椋渥兓蹬c溫度成正比，電橋不平衡，使對(duì)角線A、B兩點(diǎn)有電壓差，此電壓差送到運(yùn)算放大器的輸入端，經(jīng)過放大后送到A/D轉(zhuǎn)換芯片。改變R2*，RL的數(shù)值，可以得到不同的放大系數(shù)測量部分是一個(gè)不平衡電橋，鉑電阻與固定電阻組成不平衡電橋的四⒌.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇與接口設(shè)計(jì)⒌.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇與接口設(shè)計(jì)⒍顯示器、鍵盤接口設(shè)計(jì)溫度的設(shè)定與測量結(jié)果通過鍵盤和數(shù)碼管顯示電路完成。鍵盤顯示電路由ZLG7289A芯片完成。ZLG7289A是廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司自行設(shè)計(jì)的具有SPI串行接口功能的可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示﹑鍵盤接口的全部功能。不需要的按鍵可以不接。ZLG7289A內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式。此外還具有多種控制指令如消隱﹑閃爍﹑左移﹑右移﹑段尋址等。ZLG7289A具有片選信號(hào)可方便地實(shí)現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。系統(tǒng)中擴(kuò)展了二片ZLG7289A驅(qū)動(dòng)12位數(shù)碼管，用來顯示導(dǎo)熱油出口溫度的給定值、出口溫度和入口溫度的測量值。鍵盤由16個(gè)鍵組成，其中0～9數(shù)字鍵用于各種參數(shù)的設(shè)定；6個(gè)功能鍵分別是油泵啟動(dòng)鍵、油泵停止鍵、加熱啟動(dòng)鍵、加熱停止鍵、設(shè)置鍵、修改鍵。⒍顯示器、鍵盤接口設(shè)計(jì)溫度的設(shè)定與測量結(jié)果通過鍵盤和數(shù)碼管顯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-》教學(xué)課件模板⒎執(zhí)行器的選擇選擇交流接觸器控制循環(huán)泵，晶閘管三相調(diào)功模塊控制加熱元件。三相調(diào)功模塊內(nèi)部含有晶閘管主電路、過零觸發(fā)及控制電路和強(qiáng)弱電隔離電路,并有1個(gè)5引腳的控制插口,由單片機(jī)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間完成對(duì)電熱元件的加熱，達(dá)到溫度控制的目的⒎執(zhí)行器的選擇選擇交流接觸器控制循環(huán)泵，晶閘管三相調(diào)功模塊控⒏報(bào)警電路與狀態(tài)顯示電路報(bào)警電路由風(fēng)鳴器和發(fā)光二極管組成，當(dāng)系統(tǒng)中溫度超限時(shí)，燈光報(bào)警⒏報(bào)警電路與狀態(tài)顯示電路報(bào)警電路由風(fēng)鳴器和發(fā)光二極管組成，當(dāng)8.3.3數(shù)學(xué)模型與控制算法⒈數(shù)學(xué)模型建立:系統(tǒng)是帶純滯后的一階對(duì)象通過測量飛升曲線求得的參數(shù)：8.3.3數(shù)學(xué)模型與控制算法⒈數(shù)學(xué)模型建立:系統(tǒng)是帶純滯后的⒉控制規(guī)律的選擇和參數(shù)計(jì)算根據(jù)溫度變化曲線的要求，可將其分為三段來進(jìn)行控制：自由升溫段、保溫段和自然降溫段。而真正需要電氣控制的是前面兩個(gè)階段，即自由升溫段和保溫段。為避免過沖，從室溫到80%額定溫度為自由升溫段，在±20%額定溫度時(shí)為保溫段。輸入的電功率為，=0時(shí)電功率最小，=1時(shí)為全功率。在自由升溫段中，希望升溫越快越好，總是將加熱功率全開，因此得到自由升溫段控制方程：當(dāng)溫度時(shí)，已較接近需要保溫的值，為此采用保溫段控制方程。保溫控制方法有多種，如果采用比例控制，由于電熱元件所加功率的變化和油溫變化之間存在一段時(shí)間延遲，因此當(dāng)以溫差來控制輸出時(shí)，系統(tǒng)只有在溫度與給定值相等時(shí)才停止輸出。⒉控制規(guī)律的選擇和參數(shù)計(jì)算根據(jù)溫度變化曲線的要求，可將其分為這時(shí)由于油溫變化的延遲性質(zhì)，油溫并不因輸入停止而馬上停止上升，從而超過給定值。滯后時(shí)間越大，超過給定值也越大。油溫上升到一定程度后，才開始下降，并下降到小于給定值時(shí)系統(tǒng)才重新輸出。同樣，由于油溫變化滯后于輸出，它將繼續(xù)下降，從而造成溫度的上下波動(dòng)，即所謂的振蕩。考慮到滯后的影響，調(diào)節(jié)規(guī)律必須加入微分因數(shù)，即PD調(diào)節(jié)。有了PD調(diào)節(jié)，系統(tǒng)輸出不僅取決于溫差的大小，還取決于溫差的變化速率。當(dāng)油溫從自由升溫段進(jìn)入保溫段時(shí)，油溫還小于給定值，但溫度變化較大，因而系統(tǒng)可以提前減少或停止輸出，使油溫不至于出現(xiàn)過大的超調(diào)。同樣，在降溫過程中也是如此。這樣就改善了油溫調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。積分作用可以提高溫度控制的靜態(tài)精度，適當(dāng)選擇積分作用，則可以在不影響動(dòng)態(tài)性能情況下提高溫度控制的精度。所以保溫段控制最好采用PID控制方法。這時(shí)由于油溫變化的延遲性質(zhì)，油溫并不因輸入停止而馬上停止上升⑴PID算法和參數(shù)選定連續(xù)系統(tǒng)PID校正的控制量P可以表示為采用離散算法可以表示為（增量式）：⑴PID算法和參數(shù)選定式中：為已知。⑵數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述連續(xù)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)出來的模擬調(diào)節(jié)器，經(jīng)離散化后變成適合于計(jì)算機(jī)計(jì)算的差分方程。根據(jù)差分方程就可以設(shè)計(jì)程序流程圖，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。式中：為已知。⑵數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn)8.3.4軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用C51語言，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括初始化程序、主程序、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集程序、中值濾波程序、PID控制算法程序、鍵